ESCUELA DE MEDICINA
CURSO INTEGRADO DE CLINICAS MEDICO-QUIRURGICAS - MEC-231A - 2001

Apuntes de Fisiopatología de Sistemas

NUTRICION

FISIOLOGIA DEL PANCREAS ENDOCRINO


ESTRUCTURA

La unidad anátomo funcional del páncreas endocrino son los islotes de Langerhans, cuya masa corresponde a 1% del peso total del órgano y en ellos se sintetizan hormonas peptídicas, siendo las más importantes: la insulina (células beta), el glucagón (alfa) y la somatostatina (delta).

Los islotes tienen una fina red vascular y están dotados de un sistema venoso tipo portal orientado desde las células beta, hacia las alfa y delta. Están inervados por el sistema nervioso autónomo y existen comunicaciones intercelulares.

 

LAS CELULAS BETA Y LA INSULINA

Síntesis de Insulina:

El gen responsable de la síntesis de la insulina humana se ha identificado en el brazo corto del cromosoma 11. El primer compuesto en la secuencia de su síntesis es la "pre-proinsulina", péptido resultante de la transcripción aminoacídica transmitida por el RNA mensajero en el ribosoma. La pre-proinsulina es transportada al retículo endoplásmico, en donde se pliega espacialmente y sufre una sulfo-oxidación apareciendo 2 puentes disulfuros en la molécula, generándose en esta forma la "proinsulina". En el aparato de Golgi se estructura una membrana alrededor de un número determinado de moléculas, constituyéndose un gránulo.

En el gránulo, bajo la acción de enzimas de naturaleza proteolítica, se escinde progresivamente la molécula de pro-insulina, dando lugar como producto final a cantidades equimolares de insulina y péptido C, proceso que no se completa totalmente quedando un pequeño porcentaje de proinsulina. Adicionalmente, existe captación de zinc, formándose gránulos de zinc-insulina.

La progresión de los gránulos hacia la membrana plasmática se hace a través de microtúbulos impulsados por filamentos ciliares contráctiles y gradientes de potencial electroquímico. Los gránulos se fusionan a la membrana celular y son secretados por exocitosis hacia el espacio extracelular en donde son disueltos. La insulina en forma de monómero, junto al péptido C, son difundidos hacia los capilares en forma equimolar. También existe una pequeña secreción de proinsulina (10% de la insulina).

Aunque se desconoce el mecanismo íntimo que regula la biosíntesis de insulina, se sabe que es regulada por los niveles de glucosa y de productos intermediarios de su metabolismo, existiendo una cierta independencia de la secreción, ya que el efecto estimulatorio de la glucosa se mantiene aún cuando la secreción sea totalmente inhibida al bloquear la entrada de calcio al citosol.

Regulación de la Secreción de Insulina:

La secreción de insulina está regulada por la interacción de sustratos, del sistema nervioso autónomo, de hormonas y de señales intercelulares (paracrinas).

La glucosa, aminoácidos (arginina y leucina), cetoácidos y ácidos grasos constituyen los estímulos primarios. Al metabolizarse, incrementan la concentración de ATP, inhiben los canales de potasio ATP sensibles y favorecen el influjo de calcio al citosol, al abrir los canales electrosensibles de este catión. El calcio se une a una proteína - la calmomodulina - la que activada interactúa con otras proteínas como la protein kinasa C , que a su vez activa el citoesqueleto promoviendo la síntesis de miosina para formar los cilios contráctiles.

Los agentes potenciadores como el glucagón, secretina, pancreozimina, el péptido inhibidor gástrico y la acetilcolina, estimulan la adenilciclasa y así incrementan la concentración de AMP cíclico que a su vez activa proteinkinasas AMP dependientes.

Los neurotransmisores: adrenalina, noradrenalina y somatostatina, que actúan como inhibidores, ejercen su efecto modulando el metabolismo del inositol en la membrana, generando diacyl glicerol, que regula la activación de las proteinkinasas.

El sistema nervioso autónomo es un importante modulador de la secreción insulínica. El parasimpático la estimula y el simpático la inhibe. El efecto adrenérgico es complejo, pues la estimulación de los a 2 receptores inhibe la secreción, mientras la estimulación crónica de los ß receptores la incrementa.

Las entero hormonas (gastrina, colecistokinina y el péptido inhibidor gástrico) en concentraciones suprafisiológicos, también estimulan la secreción de insulina.

Posiblemente, por regulación paracrina el glucagón es un poderoso estimulante de la secreción de insulina, en cambio la somatostatina, la inhibe.

La interregulación entre glucosa e insulina es capaz de mantener los niveles de glicemia en un estrecho margen fisiológico. La célula beta tiene la sensibilidad de percibir pequeños cambios de la concentración de glucosa, respondiendo de inmediato con una secreción insulínica proporcional. En condiciones normales, si existe mayor demanda por una elevación mantenida de la glucosa, aumenta la sensibilidad a ella y luego es capaz de estimular la replicación de las células beta. Estos efectos tienen una distinta secuencia temporal: en segundos responde a los cambios de la glicemia, en minutos aumenta la sensibilidad y en semanas se adapta incrementando la masa celular. Estos mecanismos garantizan un ajuste del sistema a diferentes cargas de glucosa y cualquier defecto resulta en un cambio de equilibrio y desorden metabólico.

La respuesta de la insulina a secretagogos es bifásica: una fase precoz y rápida que dura 10 minutos y otra más tardía, menos intensa y sostenida. La primera presumiblemente se debe a secreción de gránulos preformados y la segunda, a biosíntesis de novo. Se ha demostrado que esta respuesta bifásica es indispensable para obtener la homeostasis de la glucosa.

Circulación y Metabolización de la Insulina:

El páncreas secreta cantidades equimolares de insulina y péptido C. Entre un 10 al 15% de la insulina detectada por radioinmunoanálisis (RIA) corresponde a proinsulina .

La concentración de insulina determinada por RIA en ayunas, es de 5 a 15 uU/ml y de 30 a 75 uU/ml en el período postprandial. El péptido C tiene una concentración periférica 10 veces superior.

El péptido C tiene niveles en ayunas de 2 a 4 ng/ml y postprandial de 4 a 6 ng/ml. La medición de las concentraciones de péptido C en ayunas o post estímulo de glucagón, es una buena expresión de la síntesis y secreción de insulina, lo que se puede medir aún en los pacientes que reciben insulina exógenamente, ya que esta última no tiene reacción cruzada con el péptido C.

El tiempo de vida media de la insulina es de 4,8 y el de la proinsulina es de 17,5 minutos.

La degradación de la insulina se realiza en hígado y riñón, pero de preferencia a nivel hepático y la del péptido C y proinsulina a nivel renal. La insulina en un alto porcentaje es captada en su primer paso por el hígado, no así el péptido C.

El catabolismo se inicia con la ruptura de los puentes disulfuros por la acción de la glutation insulintransferasa, para luego iniciarse la proteolisis, liberando péptidos inactivos.

La actividad biológica de la proinsulina es del 10% de la insulina y el péptido C es totalmente inactivo.

Receptores de Insulina:

La acción biológica de la insulina se realiza fundamentalmente a través de su interacción con receptores específicos. Se reconocen unidades alfa, responsables del reconocimiento de la molécula de insulina y unidades beta, de ubicación al interior de la membrana, con la función de transmitir el mensaje a los efectores intracelulares. Los receptores son degradados y resintetizados continuamente, habiéndose identificado en la actualidad el gen responsable de su síntesis.

El número de receptores está contrarregulado en forma negativa por la concentración de la insulina y su afinidad se reduce por la acción de otras hormonas, entre las que destacan las catecolaminas, glucagón, hormona de crecimiento, corticoides, estrógenos, progesterona y lactógeno placentario.

Se ha podido establecer que el bioefecto máximo de la insulina se puede mantener aún con una concentración del 10% de receptores.

Efecto Post-receptor de la Insulina:

Aún cuando no se conocen en forma exacta los efectos de la interacción entre receptor-insulina y los sistemas de transporte y enzimas efectoras, se postula como el mecanismo de acción más probable la autofosforilación de las unidades beta y activación de proteinkinasas, las cuales tendrían el efecto de segundo mensajero.

Los segundos mensajeros, activan e inhiben la transcripción genética y la acción de enzimas involucradas en el metabolismo de sustratos, inducen translocación de proteínas, estimulan la síntesis de proteínas y el transporte de glucosa, de aminoácidos y de iones.

Así por ejemplo, la insulina activa el transporte de glucosa a través de la membrana de las células del tejido adiposo y muscular. Se ha identificado un transportador ubicado en el interior de la célula denominado Glut 4, cuya síntesis y translocación hacia la membrana es insulino-dependiente. El transportador Glut 4 es también glucosa dependiente, presentando una contrarregulación negativa con los niveles de glucosa circulante.

La insulina incrementa la acción de la glucokinasa hepática estimulando la transcripción genética de la enzima y activa directamente a la dehidrogenasa pirúvica, la acetil Co A carboxilasa y la glicógeno sintetasa. Por otro lado, inhibe en forma directa a la lipasa intracelular y a las fosforilasas, responsables de la movilización de sustratos endógenos.

 

LAS CELULAS ALFA Y EL GLUCAGON

Síntesis de Glucagón:

El glucagón es una hormona peptídica de 22 aminoácidos, sintetizada y secretada por las células alfa del páncreas. El cerebro, glándulas salivares e intestino sintetizan y secretan péptidos inmunológicamente relacionados con el glucagón.

La prohormona, el proglucagón, posee 160 aminoácidos, está codificado por un gen y RNA mensajero único, pero es capaz de liberar otros péptidos a través de un proceso de post-traducción tejido específico. El páncreas sintetiza predominantemente glucagón (AA 33 -61), pero también glicentina (AA 1-30) y en pequeña proporción péptidos glucagón símiles GLP1 (AA 72-107) y GLP2 (AA 111-158). El intestino no sintetiza glucagón, en cambio genera oxytomodulina (AA 33-69) glicentina y GLP1 y GLP2.

Se reconoce actividad biológica, al glucagón en el metabolismo de sustratos energéticos y a GLP1 que es la señal intestinal para inducir síntesis y secreción de insulina en el páncreas.

Regulación de la Secreción de Glucagón:

Al igual que la insulina, la secreción de glucagón está interregulada por sustratos, por el sistema nervioso autónomo, por hormonas y señales intercelulares.

La concentración de la glucosa es la señal fisiológica fundamental. Niveles bajos la estimulan, mientras que la elevación de la glucosa, la inhibe. Este último fenómeno se describe como el "efecto supresor de la glucosa".Los aminoácidos estimulan la secreción de glucagón.

Tanto el sistema vagal como el simpático y el péptido inhibidor gástrico en concentraciones fisiológicos, también son estimuladores.

Por posibles mecanismos paracrinos, la insulina y la somatostatina ejercen un efecto inhibidor.

La falta de inhibición de la secreción de glucagón en condiciones de hiperglicemia secundarias a insuficiencia insulínica, se debe a una reducción de efecto inhibitorio de la insulina, que en condiciones normales se efectúa a través del sistema venoso tipo portal y por acción paracrina.

Metabolización del Glucagón:

Poco se sabe acerca de su metabolización y degradación. Se reconoce el importante rol del riñón e hígado en su clarificación plasmática. El glucagón pancreático parece que se degrada fundamentalmente en el riñón, ya que en la insuficiencia renal existe una importante elevación de los niveles séricos, en especial de péptidos de alto peso molecular.

Receptores de Glucagón:

Se han identificado receptores específicos y es probable que gran parte de sus efectos biológicos se deben a la interacción hormona-receptor, estimulando la adenilciclasa, AMP cíclico e inducción de proteinkinasas.

 

LAS CELULAS DELTA Y LA SOMATOSTATINA

Síntesis de Somatostatina:

La somatostatina cíclica aislada originalmente del hipotálamo, está ampliamente distribuida en las neuronas del sistema nervioso central y del intestino y en las células delta de la mucosa gástrica, intestinal, del colon y de los islotes de Langerhans.

La prohormona, la pro-somatostatina tiene 92 aminoácidos y es sometida a un proceso de post-traducción diferencial y tejido específico que condiciona su expresión. El páncreas contiene el producto activo (AA 1-4), un fragmento (1-28) y prosomatostatina (AA 1-64).

La localización de la somatostatina en órganos cuya función es la digestión, absorción y utilización de los nutrientes recibidos a través de la alimentación, ha sugerido que esta hormona juegue un rol en la homeostasis de nutrientes.

Regulación de la Secreción de Somatostatina:

La glucosa estimula su secreción con una relación dosis-respuesta. Igualmente lo hacen los aminoácidos y cuerpos cetónicos.

Las entero hormonas (gastrina, colecistokinina, péptido inhibidor gástrico y secretina) estimulan la secreción de somatostatina, mientras el glucagón la inhibe posiblemente por un mecanismo paracrino.

Los agentes colinérgicos y ß adrenérgicos la estimulan y los a 2 adrenérgicos, la inhiben.

 

EFECTOS METABOLICOS DE LAS HORMONAS PANCREATICAS

Efectos de la Insulina:

La insulina tiene un destacado rol en la regulación metabólica. Se le define como una hormona anábolica (promueve el depósito de sustratos energéticos y la síntesis de proteínas) y anticatabólica (frena la movilización de sustratos).

Si bien sus efectos son más evidentes en la regulación de la homeostasis de la glucosa, tiene un papel fundamental en la metabolización de aminoácidos, ácidos, grasos, cetoácidos y lipoproteínas.

Sus efectos fisiológicos in vivo deben considerarse en el contexto de su relación con las hormonas llamadas catabólicas (glucagón, catecolaminas, glucocorticoides y hormona de crecimiento).

Efectos en el metabolismo de los hidratos de carbono:

Favorece la utilización de la glucosa (oxidación y depósito) y frena su producción endógena. En el tejido muscular y adiposo estimula el transporte de glucosa a través de la membrana y su ulterior utilización. También aumenta la oxidación de la glucosa al activar la pirúvico dehidrogenasa. En el hígado, en donde el transporte de glucosa es independiente de insulina, activa la glucokinasa y la glicógeno sintetasa, favoreciendo su oxidación y el depósito de glicógeno.

Deprime la glicogenolisis y la neoglucogenia y en consecuencia, la producción hepática de glucosa. Inhibe la glucosa fosfatasa que regula la glicogenolisis. La neoglucogenia se reduce porque frena el catabolismo muscular y el flujo de alanina hacia el hígado e inhibe las enzimas responsables del paso de fosfoenolpirúvico a glucosa.

Efectos en el metabolismo de los lípidos:

Favorece la síntesis de triglicéridos, y frena su hidrólisis. Disminuye la concentración de ácidos grasos libres en el plasma y su entrega al hígado. Inhibe la cetogénesis hepática y facilita la utilización periférica de los cetoácidos.

La síntesis de triglicéridos está estimulada por una mayor concentración de glicerofosfato y de acetil Co A derivados de la glicolisis y también por mayor formación de NADPH, derivado del metabolismo de la glucosa por la vía de las pentosas.

La insulina inhibe la lipasa hormono sensible intracelular y por ello reduce la hidrólisis de los triglicéridos y el flujo de ácidos grasos libres hacia el hígado.

Incrementa la concentración de malonil Co A , inhibidor de la acyl carnitin transferasa, con lo que se reduce la penetración de ácidos grasos a la mitocondria, su oxidación y ulterior transformación en cetoácidos. Además, estimula la utilización de estos últimos en la periferia.

La insulina se define como una hormona anticetogénica, ya que reduce la movilización de ácidos grasos hacia el hígado, reduce su penetración a la mitocondria y favorece su incorporación hacia el ciclo de Krebs y síntesis de triglicéridos.

Efectos en el metabolismo de las proteínas:

Aumenta la captación de aminoácidos a nivel muscular, favorece la síntesis proteica e inhibe la proteolisis. Reduce la concentración de aminoácidos ramificados en la sangre, la degradación de proteínas a aminoácidos y su oxidación .

Efectos en el metabolismo de las lipoproteínas:

La insulina estimula el sistema lipasa lipoproteico, favoreciendo el catabolismo de las lipoproteínas ricas en triglicéridos (de muy baja densidad o VLDL y quilomicrones). Además, reduce el catabolismo de las lipoproteínas de alta densidad (HDL).

No está claro si la insulina influye en la síntesis enzimática y/o actúa como activador del sistema lipasa lipoproteico.

Acciones del Glucagón:

Es una hormona catabólica y tiene una importante función en la movilización de sustratos. Estimula la neoglucogenia y la glicogenolisis, activando la producción hepática endógena de glucosa.

Activa la lipolisis y el transporte de ácidos grasos hacia el hígado. Tiene un rol fundamental en la cetogénesis hepática, incrementando los niveles de carnitina y reduciendo los niveles de malonil Co A, principal inhibidor de la acyl carnitin transferasa. Con ello se acelera el paso de ácidos grasos a la mitocondria y en condiciones de déficit insulínico, su transformación en cetoácidos.

A nivel muscular, favorece la degradación de proteínas a aminoácidos, su salida hacia el hígado y su posterior transformación a glucosa (neoglucogenia).

Acciones de la Somatostatina:

Su principal efecto es modular la absorción intestinal de sustratos, ya que inhibe las funciones endocrinas, exocrinas y motoras del tracto gastrointestinal. Es posible que en forma indirecta regule la respuesta proporcional de insulina y glucagón en acuerdo a los requerimientos, oferta y disponibilidad de sustratos energéticos. Ello porque existe una compleja interregulación entre las tres hormonas, ejerciendo la somatostatina un efecto inhibidor sobre el glucagón e insulina.

 

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Regulación de la Secreción de las Hormonas Pancreáticas

INSULINA

GLUCAGON

SOMATOSTATINA

Sustratos

Glucosa (Hiperglicemia)

Ø

Glucosa (Hipoglicemia)

Ø

Aminoácidos

Acidos grasos libres

Ø

Cuerpos cetónicos

Hormonas Intestinales

(Gastrina, Incretina, Colecistokinina, Secretina, Pancreozimina, GIP)

 

 

 

S.N. Autónomo

N. Vago (acetilcolina)

Simpático: ß Adre

a Adre

Ø

Ø

Hormonas Paracrinas

Insulina

Ø

Glucagón

Ø

Somatostatina

Ø

Ø

 

Efectos Metabólicos de la Insulina

HIGADO

MUSCULO

TEJIDO GRASO

Anabólicos

Captación glucosa

Captación glucosa

Síntesis glicógeno

Síntesis glicógeno

Síntesis triglicéridos

Síntesis triglicéridos

Oxidación C. cetónicos

Síntesis proteínas

Anticatabólicos

Ø Glicogenolisis

Ø Neoglucogenia

Ø Cetogénesis

Ø Lipolisis

Ø Catabolismo proteico

Ø Oxidación aminoácidos

 

Síntesis de Insulina